JPH11500872A

JPH11500872A - Multiline positive temperature coefficient resistance

Info

Publication number: JPH11500872A
Application number: JP9508262A
Authority: JP
Inventors: ガイオスカーアントワーヌヴェケマン
Original assignee: フィリップスエレクトロニクスネムローゼフェンノートシャップ
Priority date: 1995-08-07
Filing date: 1996-07-29
Publication date: 1999-01-19
Also published as: WO1997006537A3; WO1997006537A2; DE69636245D1; EP0784859A2; TW303471B; DE69636245T2; EP0784859B1; US5777541A

Abstract

(57)【要約】積層内に配置され且つ一緒に保持される複数の円盤状抵抗素子（１）からなる抵抗の正の温度係数を有する２端子抵抗（２）で、ここで、各抵抗素子（１）は２個の対向して置かれる主表面（３）を有し、それら表面の各々がほぼ完全に金属化され、金属腕（７）が隣接する抵抗素子（１）の各対の間に置かれて、且つその対内の各素子（１）の主表面（３）へはんだ付けされ、金属腕（７′）がその積層の各端部の終端主表面（３′）へはんだ付けされ、各金属腕（７，７′）の部分がその積層の境界線を越えて外側へ突き出しており、偶数順（ｎ＝２，４，６）を有するそれらの金属腕（７，７′）の突出部分が第１端子（9a）へ強固に接続され、且つ奇数順（ｎ＝１，３，５）を有するそれらの金属腕（７，７′）の突出部分が第２端子（9b）へ強固に接続されている。 (57) Abstract: A two-terminal resistor (2) having a positive temperature coefficient of resistance consisting of a plurality of disc-shaped resistance elements (1) arranged in a stack and held together, wherein each resistance element is (1) has two opposing major surfaces (3), each of which is almost completely metallized, and a metal arm (7) for each pair of adjacent resistive elements (1). Interposed and soldered to the major surface (3) of each element (1) in the pair, the metal arms (7 ') are soldered to the terminal major surface (3') at each end of the stack. The portions of each metal arm (7, 7 ') project outward beyond the boundaries of the stack, and those metal arms (7, 7') having even order (n = 2, 4, 6). ) Are firmly connected to the first terminals (9a) and the projections of their metal arms (7, 7 ') having an odd order (n = 1, 3, 5) Is firmly connected to the second terminal (9b).

Description

【発明の詳細な説明】多重線正温度係数抵抗本発明は抵抗の正の温度係数（Positive Temperature Coefficient of resis- tivity；PTC）を有する２端子抵抗に関するものである。そのような装置は、電気固有抵抗が温度の関数として増大する材料の本体を具えている。電流に伴う抵抗加熱が、導電性の付随する低減により、本体の電気抵抗の増大を生じるので、この特性は本体を通過できる電流に自然上限を生じる。その結果、正温度係数抵抗は、例えば過負荷保護装置及び（自己リセット）電気ヒューズでの応用に適しており、それに加えて、それらはコンパクトな電気加熱素子としても使用され得る。正温度係数抵抗の重要な応用は、カラー陰極線管の消磁回路における応用である。そのような陰極線管は一般に大きいコイル（消磁コイル）を取り付けられ、そのコイルを通して交流電流が通され得て、それにより陰極線管のシャドウマスクを消磁するために働く交番磁界を発生する。そのような消磁作業が今度は陰極線管画像での色損傷を低減する。一般に、正温度係数抵抗は消磁コイルと直列に接続されるので、コイルへ供給される電流の大きさは、最初の最大値（いわゆる流入電流）から大幅に低い残留値（普通は零）へ急速に減衰する。概して、電流振幅がほぼ線型様式で減衰する場合に、得られる消磁効果が最善である。この技術において広く用いられる正の温度係数材料は、ある種の（ドープされたBaTiO₃のような）半導体セラミック合成物、及び重合体（例えば、高密度ポリエチレン、エチレン共重合体及びカーボンブラックの混合物、米国特許明細書第 4315237 号参照）を含んでいる。典型的な正温度係数抵抗においては、そのような材料の円盤形状本体は電極層をその本体の２個の主表面の各々上に設けられ、その電極層へ金属端子が続いてはんだ付けされるが、これは例えば米国特許明細書第3824328 号及び第5142267 号を参照されたい。そのような円盤形状抵抗は各々所定の温度において特性抵抗Ｒを表示し、その値はその温度における抵抗を通る得ることができる電流に上限を生じ、それにより一定の応用に対する抵抗の適性を制限する。特に、この抵抗の室温抵抗（いわゆる冷抵抗Ｒ₂₅）が流入電流の値を制限する。テレビジョン工業における多くの最近の傾向は、より高い流入電流とより遅い電流減衰を必要としている。そのような傾向は、 ‐ 16：９スクリーン縦横比の増大する大衆性、 ‐ PAL 及びNTSC標準からの、及びD²MAC へ向かう発展、例えば、 ‐ 高い画素密度と走査速度とを有するHDTVの導入、を含んでいる。特性抵抗Ｒ（及び従って、特に冷抵抗Ｒ₂₅）を低減するための基本的方法は、より薄い正の温度係数円盤を作ることであり、それにより円盤の主表面と垂直な方向での円盤の導電性を増大し、且つ従って所定の電圧ｖにおけるこの円盤を通る電流ｉを増大する。しかしながら、そような手段も、積ｖｉにより決定される円盤の抵抗加熱の度合いを増大する。それに加えて、円盤の体積が低減されるので、円盤の熱容量Ｃも低減される。これら最後の二つの現象の組み合わされた効果が、抵抗の加熱速度における大幅な増大、及びそれ故に、スイッチング継続期間の不都合な低減である。増大した加熱速度が、今度は、その円盤へ損傷を生じ得る。代わりの試みは、所定の厚さにおいて円盤の直径を増大することである。これは、しかしながら、円盤の全体横寸法を大幅に増大させ、それは小型化に向かう連続的努力の観点から望ましくない。それに加えて、熱容量がこれにより増加するので、内部抵抗加熱の所定の量が今やより少ない温度上昇を、且つ従ってより小さい抵抗変化を生じるであろうから、全体としての円盤が少ししか感じなくされる。更にもう一つの試みは、その円盤内の実際の正の温度係数材料の電気固有抵抗を低減することである。これは、しかしながら、現在使われている実際の正の温度係数材料の数が非常に少なく、且つそのような材料の許容されるドーピングの度合いも（正の温度係数材料の切換温度のような、最終の正の温度係数材料の他の必要な特性の範囲で）制限されるので、極端に困難である。冷抵抗Ｒ₂₅がほぼ同じ寸法の普通の正温度係数抵抗の冷抵抗Ｒ₂₅よりも大幅に低い２端子正温度係数抵抗を提供することが、本発明の目的である。それに加えて、本発明の正温度係数抵抗の熱容量がほぼ同じ寸法の普通の正温度係数抵抗の熱容量と同じ程度の大きさにすることが、本発明の目的である。新しい正温度係数抵抗の設計が、種々の応用の正確な個別の要求に対して正温度係数抵抗を極度に合わせ得るようにすることも、本発明の目的である。これらの及びその他の目的は、抵抗が積層内に配設され一緒に保持される複数の円盤形状抵抗素子から構成され、それにより、 ‐ 各抵抗素子が、各々が実質的に完全に金属化された２個の対向して置かれた主表面を有し、 ‐ 金属腕が隣接する抵抗素子の各対の間に置かれ、且つその対内の各素子の主表面へはんだ付けされ、 ‐ 金属腕がその積層の各端部で終端する主表面へはんだ付けされ、 ‐ 各金属腕の部分がその積層の境界を越えて外側へ突き出し、 ‐ 偶数順を有する金属腕の突出部が第１端子へ強固に接続され、且つ奇数順を有する金属腕の突出部が第２端子へ強固に接続される、ことを特徴とする、抵抗の正の温度係数を有する、２端子抵抗において達成される。ここで使用された語「円盤形状」は丸い円筒状の本体に対して独占的に呼ばれると解釈されるべきではなく、むしろこの語は、それらの周辺の形状と無関係に、２個の対向して置かれた主表面を有するあらゆる三次元幾何形状を要約するように意図されている。そのような形状の例は矩形ブロック、多角形薄片、平行六面体、その他を含む。各主表面が「実質的に完全に」金属化されねばならないと言う規定は、ここでは各主表面の金属化された部分が関連する主表面の表面積の少なくとも90％、好適には95％を越えて、且つ理想的には100％（又はそれに近い値）を構成しなくてはならないことを意味すると解釈されねばならない。本発明の正温度係数抵抗における個別の円盤形状抵抗素子は並列形態で電気的に接続されている。この形態が、各々が半径ｒ及び厚さｔ／ｎを有する複数ｎ個の同一の丸い抵抗素子を含んでいる場合には、その積層の結果としての抵抗はその時Ｒ／ｎ²になり、ここでＲは半径ｒと厚さｔとを有する、同じ材料の単一の円盤形状本体の抵抗であり、それ故に本発明による正温度係数抵抗はほぼ同じ包括的寸法の一体的正温度係数抵抗よりも徹底的に低い電気抵抗を表す。これに反して、本発明の抵抗における正の温度係数材料の体積はｎ×（πｒ²×ｔ／ｎ）＝πｒ²ｔであって、それは前記の一体的正温度係数抵抗の体積と同じであり、従って、本発明の正温度係数抵抗の熱容量は、一体的正温度係数抵抗の熱容量とほぼ同じである。しかしながら、本発明の正温度係数抵抗は複数の比較的薄い円盤に細分されているので、一体的抵抗よりももっと効果的に抵抗加熱を発散できる。特に、本発明の正温度係数抵抗は幾つかの個別の抵抗素子で構成されているので、それの物理的特性は、その積層内の各々個別の抵抗素子の厚さ及び材料構成（例えばドーピングの度合いと種類）の適切な選択により、所定の応用の特定の要求に対して正確に合わせられ得る。例えば、次々と高い切換温度（キューリー温度）と電気固有抵抗とを有するような抵抗素子を具体化することによって、本発明の正温度係数抵抗における電流減衰がもっと延長される。最初に抵抗素子が高抵抗になったときに、まだそれの周りに低抵抗分流器があり、それが後の段階（もっと高温）で高抵抗になると言う事実によりこれは起こされる。この分流器が１個より多い抵抗素子で構成されている場合には、全積層を通る電流減衰は大幅に引き延ばされ得る。この観点において、本発明による正温度係数抵抗の特に簡単で且つ魅力的な実施例は、２個の抵抗素子のみを含み、それらのうちの一方が、他方よりも高い電気固有抵抗と高い切換温度との双方を有することを特徴としている。そのような実施例は、例えば米国特許明細書第4357590 号に記載された、いわゆる正温度係数抵抗素子の３端子直列接続対である、「デュオ正抵抗係数」と混同されるべきではない。本発明による抵抗の特定の実施例においては、抵抗素子が少なくとも一つのドナードーパントと少なくとも一つのアクセプタードーパントとの付加的な存在により、主として(Ba:Sr:Pb)TiO₃から構成されている。既知の正温度係数抵抗と比較すると、そのようなセラミック材料は金属化することが容易であり、且つそれらは（しばしば 150〜200 ℃の程度の）正温度係数抵抗の比較的高い動作温度特性において熱変形に少ししか影響されない。適切なドナードーパントは、例えば Sb，Nb，Ｙ，及び多くのランタニドを含み、それに反して、Mnが模範的なアクセプタードーパントである。本発明者により準備された特に満足できる実施例においては、酸化アンチモン（ドナー）と酸化マンガン（アクセプター）とが３：１の比率で、且つ１モル％より少ない累積量において使用された。原子比率Ba： Sr：Pbの調節性が個別の抵抗素子の電気固有抵抗と切換温度とに特定の要求に合わされることを許し、それにより積層内の異なる抵抗素子に相互に異なる物理的特性を有することを許す。本発明の正温度係数抵抗の優先的な実施例は、各主表面がAg，Zn，Ni，Cr，及びそれらの合金から成る群から選択された金属により金属化されることを特徴としている。特に前の文節で論じられた材料の組へ貼付された場合に、しかしまた他のセラミック合成物及び重合体の正の温度係数材料へ貼付される場合にも、これらの材料は良好な接着特性を表す。それに加えて、それらは比較的低い面抵抗率と、高い腐食抵抗力、及び良好なはんだ付け能力を表す。 PCT/IB96/00351号明細書に記載されているように、抵抗素子の主表面の不充分な金属化は、その素子内で異なる加熱効果を生じ得る。これらの効果が、今度はその素子のひび割れ又は完全な破壊へ導き得る機械的応力を生じ得る。主表面の金属化は、例えば、スパッタ堆積、真空メッキ又はレーザ融蝕堆積の助けにより管理され得る。しかしながら、これは一般に、抵抗素子の側面の付随する金属化（及び関連する短絡の危険）無しに、主表面を一層完全に被覆（〜100％）できるので、この目的のためにスクリーン印刷工程を用いることが好適である。それから金属腕が作られ得るのに適した金属は、燐青銅、錫、ステンレス鋼、黄銅及び銅−アルミニウムを含んでいる。これらの金属は比較的低い電気固有抵抗を有し、薄板形状においては容易に曲げられ得て、且つ良好なはんだ付け能力を有している。全部の金属腕が同じ金属構成のものであること、又はそれらが同じ幾何学的形状又は寸法を有することは必要ではない。それに加えて、必要ならは、１個より多い金属腕が隣接する抵抗素子のあらゆる所定の対の間に、あるいは積層の端部における終端の主表面において使用されてもよい。本発明による抵抗の有利な実施例は、金属腕がPb-Sn-Ag合金を用いて主表面へリフローはんだ付けされることを特徴としている。そのような合金の適切な一例は、例えば、Pb₅₀Sn_46.5Ag_3.5である。そのような合金の利点は（引用された合成物に対しては 200〜210 ℃程度の）比較的高い融点をそれらの合金が有することであって、それでそれらは正温度係数抵抗の比較的高い動作温度特性（例えば 150〜180 ℃）に対して弾力がある。金属腕（の一部）が抵抗素子の積層の組立に先立ってはんだ合金で被覆されることを許すので、リフローはんだ付けは特に現在の発明に適しており、一旦積層が組み立てられると、抵抗素子はその時、例えば炉内で、全積層を加熱することにより簡単に正しい位置にはんだ付けされ得る。はんだごてによって近くに置かれた円盤の各々へ個別に接近する必要性をこれが回避する。必要ならば、金属腕へ抵抗素子を取り付けるために導電性の接着剤を用いてもよい。しかしながら、これは一般にはんだ付けよりももっと高価であり、且つ比較的高い融点を有する接着剤を必要とする。本発明の正温度係数抵抗のもう一つの有利な実施例においては、各端子が多数の相互に平行な縦のストリップに一方縁において細分された細長い金属細条を具え、各ストリップが金属腕を形成するように異なった縦の位置で細条の平面から外へ曲げられている。そのような実施例は、例えば柱状端子を支持するために種々の金属腕をはんだ付けする必要性を回避し、且つ最小の端子を用いて抵抗素子の必要な相互接続を与える。添付の図面はこの実施例の二つの特定の変形（図３及び図４）を描写している。本発明とそれの付随する利点とを、典型的な実施例と、全部一様な縮尺ではない添付の図解的な図面の助けによって更に説明しよう。そこでは、図１は金属化された主表面を有する円盤形状の正の温度係数抵抗素子の斜視図を示している。図２は図１に描写された型の抵抗素子の積層を具えている、本発明による２端子正温度係数抵抗の立面図である。図３は本発明の正温度係数抵抗に用いるのに適した、突出金属腕を有する金属端子の斜視描写である。図４はこれもまた本発明による正温度係数抵抗に用いるのに適した、突出金属腕を有するもう一つの金属端子の斜視描写である。図５は本発明の正温度係数抵抗の特定の実施例の斜視図を示している。図６は既知の正温度係数抵抗と比較した、図５の実験材料に対する、時間に対する電流のグラフである。異なる図面における対応する部分は同じ参照符号により表されていることは注意されねばならない。実施例１図１及び２は本発明による２端子正温度係数抵抗の特定の実施例に関係している。図１は抵抗の正の温度係数(Positive Temperature Coefficient of resisit-i vity；PTC)を表示する材料から成る、円盤形状抵抗素子１を示している。ここに示された特定の素子１は丸い円筒状であり、且つ２個の対向して置かれた（丸い）主表面３と（円筒状の）側面５とを有している。主表面３の直径は12mmであり、且つこの素子１の厚さは１mmである。２個の主表面３の各々は完全に金属化され、すなわちそれは実質的に一様な厚さ（蒸着層の場合には典型的に２〜３μm の程度、またスクリーン印刷の場合には10μm）の金属の層により完全に覆われる。これに反して、側面５は実質的に金属化されず、すなわち、あらゆる場合に、二つの主表面３の短絡を生じ得る金属のあらゆる道を免れる。特定の実施例においては、円盤状抵抗素子１が、約0.24モル％Sb₂O₃及び0.08 モル％MnCO₃(焼結前)の付加的な存在により、Ba_0.85Sr_0.115Pb_0.035TiO₃から成っている。室温（25℃）におけるそれの固有抵抗は約１Ωｍである。更に、主表面３は、スクリーン印刷工程の助けにり設けられた（例えば上に引用されたPCT/ IB96/00351号明細書を参照されたい）、約６重量％Znを含んでいる銀合金により金属化される。図２は本発明による２端子正温度係数抵抗２を示している。この抵抗２は図１に描写された５個の円盤状抵抗素子１の積層から成っている。金属腕７が隣接する抵抗素子１の各対の間に置かれており、且つその対内の各素子１の隣り合っている主表面３へはんだ付けされている。それに加えて、金属腕７′がこの積層の各端部において終端の主表面３′へ、すなわち図２における最上部及び再底部の主表面へはんだ付けされた。金属腕７，７′の各々が、積層の境界線を越えて外側へ、すなわち隣接する素子１の周辺を越えて突き出している。偶数番号ｎ＝２，４，６を有する金属腕７，７′の突出部分は第１端子9aへ強固に接続されているのに対して、一方奇数番号ｎ＝１，３，５を有する金属腕７，７′の突出部分は第２端子9bへ強固に接続されている。これらの端子9a，9bは、例えば金属腕７，７′がそれにはんだ付けされる金属棒又は板として具体化されてもよい。代わりに、図３及び４に描写されたような支持構造が使用されてもよく、ここで金属腕はその時端子として働く金属の薄板から曲げられる。印刷回路板(Printed Circuit Board；PCB)上への表面取り付けを容易にするために、端子9a，9bの各々の一方の末端が、それぞれ脚9a′，9b′を形成するために内側へ曲げられた。しかしながら、例えば、端子9a，9bの各々の一方の末端を細い指状の形状に狭めることにより、印刷回路板上へ抵抗２を穴取り付けすることもまた可能である。特定の実施例においては、金属腕７，７′と端子9a，9bとが約 0.2mmの薄板厚さを有し、且つ（例えば、94原子％Cu， 5.9原子％Sn， 0.1原子％Ｐの概略構成を有する）燐青銅合金で作られている。金属腕７，７′はPb₅₀Sn_46.5Ag_3.5合金を用いて約 250℃において金属化された主表面３，３′へリフローはんだ付けされる。この目的のために、金属腕７，７′は、この技術においては周知の手段に従って、前記のはんだ合金、フラックス溶液及び活性剤の溶融混合物により（例えば、ブラシ又はスクイジーを用いて）前被覆される。Ｒが直径12mm及び厚さ５mmの、且つ前述のセラミック構成を有する、円筒状一体型正温度係数抵抗の電気抵抗を表すと仮定すると、その時ここに記載された特定の本発明の抵抗２は抵抗値Ｒ／（５）²＝Ｒ／25を有する。依然として、そのような一体型抵抗は前記の発明の抵抗と実質的に同じ寸法を有している。実施例２図３及び４は、本発明による正温度係数抵抗に用いるのに適した支持構造物４の異なる特定の実施例を示している。各構造物４は、特定のパターンに従って、薄い金属細条９の板から金属腕７を曲げることにより製造される。図３における構造物４の製造のための開始製品は細長い金属細条９、この場合には矩形寸法10mm×３mm及び 0.3mmの薄板厚さを有する金属細条９である。最初の製造段階において、この細条９の双方の長い縁が、相互に平行な縦の金属腕７の系列、すなわち長軸がこの細条９の長い縁と平行である細長い金属腕７に細分される。これは、例えば火花浸食、又はワイヤーソー、レーザビーム又はウオータージェットの助けにより達成され、それにより狭いＬ形状の道が細条９の長い縁から内側へ切られる。これらのＬ形状の道が矩形の金属腕７の輪郭を画し、それらの金属腕の各々が金属細条９の平面内にあり、且つ短い縁６に沿って細条へ取り付けられている。ここで描写されるように、金属腕７の各々は、約 2.0×１ mm²の寸法を有する矩形である。次の製造段階において、前記の矩形金属腕７の各々がそれの縁６の周りで金属腕をよらせることにより、金属細条９の平面から曲げられる。一旦この曲げ段階が演じられてしまうと、各金属腕７が金属腕として働き、且つ金属細条９が（本発明による正温度係数抵抗の環境において）端子として働く。言うまでもなく、この腕７の相互分離と長さとは本発明の正温度係数抵抗２に用いるために企図される抵抗素子１の直径と厚さとに合わされ得る。同様に、腕７の数がこの抵抗２における抵抗素子１の計画された数に合わされ得る。そのように望む場合には、多すぎる薄板材料を除去するように、金属細条９は線8a，8bに沿って切ることによって、もっとコンパクトな寸法に切り詰められ得る。それに加えて、印刷回路板上へ金属細条９を表面取り付けし易くする脚９′ を創りだすように、金属細条９は線10に沿って曲げられてもよい。図４は図３に描写さた支持構造物と異なる支持構造物４を示している。同じ細長い金属細条９から出発して、金属腕７が今や、次々に大きい深さへ、前記の細条の短い縁内へ切り込まれる。各々のそのような金属腕７がそれから、金属細条９へ接続する縁６の周りで金属腕７をよらせることにより、金属細条９の平面から曲げられる。一旦この曲げ段階が演じられてしまうと、各金属腕７が金属腕として働き、且つ金属細条９が（本発明による正温度係数抵抗の環境において）端子として働く。種々の金属腕７は相互に異なる長さのものであるが、必要な場合には一様な長さに短くされ得る。それに加えて、印刷回路板上へ金属細条９を表面取り付けし易くする脚９′を創りだすように、金属細条９は線10に沿って曲げられてもよい。実施例３図５は、金属支持構造物７，７′，9a，9bに囲まれた２個の抵抗素子１を具えている、本発明による正温度係数抵抗２の斜視図である。この素子１の一方は、 70℃のキューリー温度Ｔ_cを生じる(Ba_0.74Sr_0.172Pb_0.042Ca_0.046)-TiO₃の概略構成を有し、且つ他方の素子１はキューリー温度Ｔ_c＝95℃を有する(Ba_0.74，Sr_0.12 Pb_0.094Ca_0.046)TiO₃の概略構成を有している。これらの素子１の冷抵抗Ｒ₂ ₅ は、それぞれ20Ωと32Ωとである。図６は、既知の正温度係数抵抗（破線）と比較して、時間ｔの関数として図５における抵抗２を通る交流電流ｉの値（実線）をグラフで描写している。既知の正温度係数抵抗は、Ｔ_c＝75℃及びＲ₂₅＝24Ωを有する、フィリップス型 2322 6 62 96016 である。このグラフから、本発明の正温度係数抵抗が既知の正温度係数抵抗よりも大きい流入電流と遅い電流減衰とを有することが直接に明らかである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a two-terminal resistor having a positive temperature coefficient of resistance (PTC). Such a device comprises a body of material whose electrical resistivity increases as a function of temperature. This property creates a natural upper limit on the current that can pass through the body, since the resistive heating associated with the current causes an increase in the body's electrical resistance due to the concomitant reduction in conductivity. As a result, positive temperature coefficient resistors are suitable for applications in, for example, overload protection devices and (self-resetting) electrical fuses, in addition, they can also be used as compact electrical heating elements. An important application of positive temperature coefficient resistors is in degaussing circuits in color cathode ray tubes. Such cathode ray tubes are generally fitted with large coils (demagnetizing coils) through which alternating current can be passed, thereby generating an alternating magnetic field which serves to degauss the cathode ray tube shadow mask. Such a degaussing operation in turn reduces color damage in the cathode ray tube image. In general, since the positive temperature coefficient resistor is connected in series with the degaussing coil, the magnitude of the current supplied to the coil can be rapidly increased from an initial maximum (so-called inflow current) to a much lower residual value (usually zero). Attenuate. In general, the demagnetizing effect obtained is best when the current amplitude decays in a substantially linear manner. Positive temperature coefficient materials widely used in this technology include certain semiconductor ceramic composites (such as doped BaTiO ₃ ) and polymers (eg, high density polyethylene, ethylene copolymers and mixtures of carbon black). No. 4,315,237). In a typical positive temperature coefficient resistor, a disc-shaped body of such material is provided with an electrode layer on each of the two major surfaces of the body, to which metal terminals are subsequently soldered. See, for example, U.S. Patent Nos. 3,824,328 and 5,142,267. Such disc-shaped resistors each exhibit a characteristic resistance R at a given temperature, the value of which places an upper limit on the current that can be passed through the resistor at that temperature, thereby limiting the suitability of the resistor for certain applications. . In particular, the room temperature resistance (so-called cold resistance R ₂₅ ) of this resistor limits the value of the inflow current. Many recent trends in the television industry require higher input currents and slower current decay. Such tendency, - 16: 9 increasing popularity of the screen aspect ratio - from PAL and NTSC standards, and development toward the D ² MAC, for example, - the introduction of HDTV having a high pixel density and scan speed , And. The basic method for reducing the characteristic resistance R (and thus especially the cold resistance R ₂₅ ) is to make a thinner positive temperature coefficient disk, whereby the disk in a direction perpendicular to the main surface of the disk. It increases the conductivity and thus the current i through this disc at a given voltage v. However, such measures also increase the degree of resistance heating of the disc, determined by the product vi. In addition, since the volume of the disk is reduced, the heat capacity C of the disk is also reduced. The combined effect of these last two phenomena is a large increase in the heating rate of the resistance, and therefore an undesired reduction in the switching duration. The increased heating rate can in turn cause damage to the disk. An alternative attempt is to increase the diameter of the disc at a given thickness. This, however, greatly increases the overall lateral dimensions of the disk, which is undesirable from the point of view of continuous efforts towards miniaturization. In addition, as the heat capacity is thereby increased, the disk as a whole will feel less because a given amount of internal resistance heating will now result in a lower temperature rise and thus a smaller resistance change. You. Yet another attempt is to reduce the electrical resistivity of the actual positive temperature coefficient material in the disk. This, however, is due to the fact that the number of actual positive temperature coefficient materials currently in use is very small and the degree of doping of such materials is also low (such as the switching temperature of the positive temperature coefficient material, It is extremely difficult because it is limited (within the other required properties of the final positive temperature coefficient material). The cold resistance R ₂₅ to provide a substantially regular substantially lower two-terminal positive temperature coefficient resistance than the positive temperature coefficient resistor of the cold resistance R ₂₅ of the same dimensions, an object of the present invention. In addition, it is an object of the present invention to make the heat capacity of the positive temperature coefficient resistor of the present invention as large as that of a normal positive temperature coefficient resistor of approximately the same dimensions. It is also an object of the present invention that the design of the new positive temperature coefficient resistor allows the positive temperature coefficient resistance to be extremely tailored to the exact individual requirements of various applications. These and other objectives consist of a plurality of disc-shaped resistive elements in which the resistors are arranged in a stack and held together, whereby:-each resistive element is each substantially completely metallized; Having two opposing major surfaces; a metal arm positioned between each pair of adjacent resistive elements and soldered to a major surface of each element in the pair; Are soldered to the main surface terminating at each end of the stack;-a portion of each metal arm projects outward beyond the boundary of the stack;-the protrusion of the metal arm having an even order to the first terminal. This is achieved in a two-terminal resistor having a positive temperature coefficient of resistance, characterized in that the projections of the metal arms, which are rigidly connected and have an odd order, are rigidly connected to the second terminal. The term "disc shape" as used herein should not be construed as being exclusively called for a round cylindrical body, but rather the term is used to refer to two opposing shapes irrespective of their peripheral shape. It is intended to summarize any three-dimensional geometry having a major surface placed. Examples of such shapes include rectangular blocks, polygonal flakes, parallelepipeds, and the like. The provision that each major surface must be "substantially completely" metallized means here that the metallized portion of each major surface covers at least 90%, preferably 95%, of the surface area of the associated major surface. It must be interpreted to mean that it must exceed and ideally constitute 100% (or closer). The individual disc-shaped resistance elements in the positive temperature coefficient resistor of the present invention are electrically connected in parallel. If this configuration includes a plurality n of identical rounded resistive elements each having a radius r and a thickness t / n, the resulting resistance of the stack will then be R / n ² , Where R is the resistance of a single disc-shaped body of the same material having a radius r and a thickness t, so that the positive temperature coefficient resistance according to the invention is better than the integral positive temperature coefficient resistance of approximately the same overall dimensions. Also represents a drastically low electrical resistance. In contrast, the volume of the positive temperature coefficient material in the resistor of the present invention is n × (πr ² × t / n) = πr ² t, which is the same as the volume of the integral positive temperature coefficient resistor described above. Yes, therefore, the heat capacity of the positive temperature coefficient resistor of the present invention is approximately the same as the heat capacity of the integral positive temperature coefficient resistor. However, since the positive temperature coefficient resistor of the present invention is subdivided into a plurality of relatively thin disks, the resistive heating can be dissipated more effectively than an integral resistor. In particular, since the positive temperature coefficient resistor of the present invention is made up of several individual resistive elements, its physical properties depend on the thickness and material composition (eg, doping) of each individual resistive element in the stack. By appropriate choice of degree and type) it can be precisely tailored to the specific requirements of a given application. For example, by implementing a resistive element having successively higher switching temperatures (Curie temperature) and electrical resistivity, the current decay in the positive temperature coefficient resistor of the present invention is further extended. This is caused by the fact that when the resistive element first becomes high resistance, there is still a low resistance shunt around it and it becomes high resistance at a later stage (higher temperature). If the shunt consists of more than one resistive element, the current decay through the entire stack can be greatly extended. In this respect, a particularly simple and attractive embodiment of the positive temperature coefficient resistor according to the invention comprises only two resistive elements, one of which has a higher electrical resistivity and a higher switching temperature than the other. And both. Such an embodiment should not be confused with, for example, the "duo positive resistance coefficient" described in U.S. Pat. No. 4,357,590, which is a so-called three-terminal series connection of positive temperature coefficient resistance elements. In a specific embodiment of the resistor according to the present invention, the additional presence of a resistance element and at least one acceptor dopant and at least one donor dopant, mainly (Ba: Sr: Pb) and a TiO ₃ . Compared to known positive temperature coefficient resistors, such ceramic materials are easier to metallize and they are capable of operating at relatively high operating temperature characteristics of the positive temperature coefficient resistance (often on the order of 150-200 ° C). Little affected by thermal deformation. Suitable donor dopants include, for example, Sb, Nb, Y, and many lanthanides, whereas Mn is an exemplary acceptor dopant. In a particularly satisfactory example prepared by the inventor, antimony oxide (donor) and manganese oxide (acceptor) were used in a ratio of 3: 1 and in a cumulative amount of less than 1 mol%. Allows the adjustability of the atomic ratio Ba: Sr: Pb to be tailored to the specific requirements of the electrical resistivity and switching temperature of the individual resistive elements, thereby imparting different physical properties to different resistive elements in the stack Allow to have. A preferred embodiment of the positive temperature coefficient resistor of the present invention is characterized in that each major surface is metallized with a metal selected from the group consisting of Ag, Zn, Ni, Cr, and their alloys. These materials have good adhesive properties, especially when applied to the set of materials discussed in the previous paragraph, but also when applied to other ceramic composite and polymeric positive temperature coefficient materials. Represents In addition, they exhibit relatively low sheet resistivity, high corrosion resistance, and good solderability. As described in PCT / IB96 / 00351, inadequate metallization of the main surface of a resistive element can result in different heating effects within the element. These effects can in turn produce mechanical stresses that can lead to cracking or complete failure of the device. Main surface metallization may be controlled, for example, with the aid of sputter deposition, vacuum plating or laser ablation deposition. However, this generally allows a more complete coating (〜100%) of the major surface without the concomitant metallization of the sides of the resistive element (and the associated danger of a short circuit), so that a screen printing process is required for this purpose. It is preferred to use. Suitable metals from which metal arms can be made include phosphor bronze, tin, stainless steel, brass, and copper-aluminum. These metals have relatively low electrical resistivity, can be easily bent in sheet metal form, and have good solderability. It is not necessary that all metal arms be of the same metal construction, or that they have the same geometry or dimensions. In addition, if necessary, more than one metal arm may be used between any given pair of adjacent resistive elements or at the major surface of the termination at the end of the stack. An advantageous embodiment of the resistor according to the invention is characterized in that the metal arm is reflow soldered to the main surface using a Pb-Sn-Ag alloy. A suitable example of such an alloy is, for example, Pb ₅₀ Sn _46.5 Ag _3.5 . The advantage of such alloys is that they have a relatively high melting point (of the order of 200-210 ° C. for the cited composites), so that they have a relatively high positive temperature coefficient resistance. Resilient to operating temperature characteristics (eg, 150-180 ° C). Reflow soldering is particularly suitable for the present invention because it allows (part of) the metal arm to be coated with a solder alloy prior to assembly of the resistive element stack, and once the stack is assembled, the resistive element Can then be soldered in place simply by heating the entire stack, for example in a furnace. This avoids the need to individually access each of the disks placed close by the soldering iron. If necessary, a conductive adhesive may be used to attach the resistance element to the metal arm. However, this is generally more expensive than soldering and requires an adhesive with a relatively high melting point. In another advantageous embodiment of the positive temperature coefficient resistor of the invention, each terminal comprises an elongated metal strip subdivided at one edge into a number of mutually parallel vertical strips, each strip comprising a metal arm. It is bent out of the plane of the strip at different longitudinal positions to form. Such an embodiment avoids the need to solder various metal arms to support, for example, pillar terminals, and provides the necessary interconnection of resistive elements using minimal terminals. The accompanying drawings depict two specific variants of this embodiment (FIGS. 3 and 4). The present invention and its attendant advantages will be further described with the aid of exemplary embodiments and the accompanying schematic drawings, which are not all to scale. Therein, FIG. 1 shows a perspective view of a disk-shaped positive temperature coefficient resistor having a metallized main surface. FIG. 2 is an elevational view of a two-terminal positive temperature coefficient resistor according to the present invention, comprising a stack of resistive elements of the type depicted in FIG. FIG. 3 is a perspective depiction of a metal terminal having a protruding metal arm suitable for use with the positive temperature coefficient resistor of the present invention. FIG. 4 is a perspective depiction of another metal terminal having a protruding metal arm, also suitable for use with a positive temperature coefficient resistor according to the present invention. FIG. 5 shows a perspective view of a particular embodiment of the positive temperature coefficient resistor of the present invention. FIG. 6 is a graph of current versus time for the experimental material of FIG. 5 compared to a known positive temperature coefficient resistance. It should be noted that corresponding parts in different drawings are denoted by the same reference numerals. Embodiment 1 FIGS. 1 and 2 relate to a specific embodiment of a two-terminal positive temperature coefficient resistor according to the present invention. FIG. 1 shows a disc-shaped resistive element 1 made of a material indicating a positive temperature coefficient of resistance (PTC). The particular element 1 shown here is round cylindrical and has two opposing (round) major surfaces 3 and (cylindrical) sides 5. The diameter of the main surface 3 is 12 mm, and the thickness of the element 1 is 1 mm. Each of the two main surfaces 3 is completely metallized, ie it has a substantially uniform thickness (typically of the order of 2 to 3 μm for deposited layers and 10 μm for screen printing). Completely covered by a layer of metal. On the other hand, the side surfaces 5 are not substantially metallized, i.e., in each case avoiding any path of metal that can cause a short circuit of the two main surfaces 3. In a particular embodiment, the disc-shaped resistive element 1 consists of Ba _0.85 Sr _0.115 Pb _0.035 TiO _{3 with} the additional presence of about 0.24 mol% Sb ₂ O ₃ and 0.08 mol% MnCO ₃ (before sintering). ing. Its resistivity at room temperature (25 ° C.) is about 1 Ωm. In addition, the main surface 3 is provided by a silver alloy containing approximately 6% by weight Zn, provided in support of a screen printing process (see for example PCT / IB96 / 00351 cited above). Metallized. FIG. 2 shows a two-terminal positive temperature coefficient resistor 2 according to the present invention. This resistor 2 is made up of a stack of five disk-shaped resistive elements 1 depicted in FIG. A metal arm 7 is placed between each pair of adjacent resistive elements 1 and is soldered to the adjacent major surface 3 of each element 1 in that pair. In addition, metal arms 7 'were soldered at each end of the stack to the terminal major surface 3', i.e. to the top and bottom major surfaces in FIG. Each of the metal arms 7, 7 'protrudes outward beyond the boundary of the stack, i.e. beyond the periphery of the adjacent element 1. The protruding parts of the metal arms 7, 7 'with even numbers n = 2, 4, 6, 6 are firmly connected to the first terminal 9a, while the metal parts with odd numbers n = 1, 3, 5 The protruding portions of the arms 7, 7 'are firmly connected to the second terminals 9b. These terminals 9a, 9b may be embodied, for example, as metal bars or plates to which metal arms 7, 7 'are soldered. Alternatively, a support structure as depicted in FIGS. 3 and 4 may be used, where the metal arm is bent from a sheet of metal then serving as a terminal. To facilitate surface mounting on a printed circuit board (PCB), one end of each of the terminals 9a, 9b is bent inward to form legs 9a ', 9b', respectively. Was. However, it is also possible to bore the resistor 2 on the printed circuit board, for example, by narrowing one end of each of the terminals 9a, 9b into a thin finger shape. In a specific embodiment, the metal arms 7, 7 'and the terminals 9a, 9b have a sheet thickness of about 0.2 mm and (e.g., 94 at.% Cu, 5.9 at.% Sn, 0.1 at. (With schematic configuration). The metal arms 7, 7 'are reflow soldered to the metallized main surfaces 3, 3' at about 250 DEG C. using a Pb ₅₀ Sn _46.5 Ag _3.5 alloy. To this end, the metal arms 7, 7 'are pre-coated (for example with a brush or squeegee) with a molten mixture of said solder alloy, flux solution and activator according to means well known in the art. You. Assuming that R represents the electrical resistance of a cylindrical integral positive temperature coefficient resistor having a diameter of 12 mm and a thickness of 5 mm, and having the ceramic configuration described above, then the particular inventive resistor 2 described herein will have a resistance of It has the value R / (5) ² = R / 25. Still, such integral resistors have substantially the same dimensions as the resistors of the invention described above. Embodiment 2 FIGS. 3 and 4 show different specific embodiments of a support structure 4 suitable for use in a positive temperature coefficient resistor according to the present invention. Each structure 4 is manufactured by bending a metal arm 7 from a sheet of thin metal strip 9 according to a specific pattern. The starting product for the production of the structure 4 in FIG. 3 is an elongated metal strip 9, in this case a metal strip 9 having a rectangular dimension of 10 mm × 3 mm and a sheet thickness of 0.3 mm. In the first stage of manufacture, both long edges of this strip 9 are subdivided into a series of mutually parallel vertical metal arms 7, ie, elongated metal arms 7 whose major axis is parallel to the long edge of this strip 9. Is done. This is achieved, for example, with the aid of spark erosion or a wire saw, laser beam or water jet, whereby a narrow L-shaped path is cut inward from the long edge of the strip 9. These L-shaped paths delineate rectangular metal arms 7, each of which lies in the plane of a metal strip 9 and is attached to the strip along a short edge 6. As depicted here, each of the metal arms 7 is rectangular with dimensions of about 2.0 × 1 mm ² . In the next manufacturing stage, each of said rectangular metal arms 7 is bent out of the plane of the metal strip 9 by twisting the metal arm around its edge 6. Once this bending step has been performed, each metal arm 7 acts as a metal arm and the metal strip 9 acts (in a positive temperature coefficient resistance environment according to the invention) as a terminal. Of course, the mutual separation and length of the arms 7 can be matched to the diameter and thickness of the resistive element 1 intended for use in the positive temperature coefficient resistor 2 of the present invention. Similarly, the number of arms 7 can be adapted to the planned number of resistive elements 1 in this resistor 2. If so desired, the metal strip 9 can be cut to a more compact size by cutting along the lines 8a, 8b so as to remove too much sheet material. In addition, the metal strips 9 may be bent along lines 10 to create legs 9 'that facilitate surface mounting of the metal strips 9 on a printed circuit board. FIG. 4 shows a support structure 4 which is different from the support structure depicted in FIG. Starting from the same elongated metal strip 9, the metal arm 7 is now cut into the short edge of said strip, one after another, to a greater depth. Each such metal arm 7 is then bent out of the plane of the metal strip 9 by twisting the metal arm 7 around the edge 6 connecting to the metal strip 9. Once this bending step has been performed, each metal arm 7 acts as a metal arm and the metal strip 9 acts (in a positive temperature coefficient resistance environment according to the invention) as a terminal. The various metal arms 7 are of different lengths from one another, but can be shortened to a uniform length if necessary. In addition, the metal strip 9 may be bent along lines 10 to create legs 9 'that facilitate surface mounting of the metal strip 9 on a printed circuit board. Example 3 FIG. 5 is a perspective view of a positive temperature coefficient resistor 2 according to the present invention, comprising two resistive elements 1 surrounded by metal support structures 7, 7 ', 9a, 9b. One of the devices 1 has a schematic structure of (Ba _0.74 Sr _0.172 Pb _0.042 Ca _0.046 ) -TiO ₃ which produces a Curie temperature T _c of 70 ° C., and the other device 1 has a Curie temperature T _c = 95 ° C. (Ba _0.74 , Sr _0.12 Pb _0.094 Ca _0.046 ) TiO ₃ . Cold resistance R ₂ ₅ of these elements 1 is a 20Ω and 32Ω, respectively. FIG. 6 graphically depicts the value of the alternating current i through resistor 2 in FIG. 5 (solid line) as a function of time t as compared to a known positive temperature coefficient resistor (dashed line). A known positive temperature coefficient resistor is the Phillips type 2322 6 62 96016 with T _c = 75 ° C. and R ₂₅ = 24Ω. From this graph, it is directly evident that the positive temperature coefficient resistors of the present invention have a larger inflow current and slower current decay than known positive temperature coefficient resistors.

Claims

[Claims] 1. In a two-terminal resistor having a positive temperature coefficient of resistance, the resistor is comprised of a plurality of disc-shaped resistive elements arranged in a stack and held together, whereby:-each resistive element is substantially each Having two opposing major surfaces fully metallized; a metal arm positioned between each pair of adjacent resistive elements and soldered to the major surface of each element within the pair -The metal arms are soldered to the main surface terminating at each end of the stack;-the portions of each metal arm project outward beyond the boundaries of the stack;-the protrusions of the metal arms having an even order Are firmly connected to the first terminal, and the protruding portions of the metal arms having odd-numbered orders are firmly connected to the second terminal. A two-terminal resistor having a positive temperature coefficient of resistance. 2. 2. A two-terminal resistor having a positive temperature coefficient of resistance according to claim 1, wherein said resistive element is mainly composed of (Ba: Sr: characterized in that it is composed of pb) TiO _3, positive 2 terminal resistor having a temperature coefficient of resistance. 3. 3. A two-terminal resistor having a positive temperature coefficient of resistance according to claim 1 or 2, wherein each main surface is metallized with a metal selected from the group consisting of Ag, Zn, Ni, Cr and alloys thereof. A two-terminal resistor having a positive temperature coefficient of resistance. 4. 4. A two-terminal resistor having a positive temperature coefficient of resistance according to claim 1, wherein each metal arm is selected from the group consisting of phosphor bronze, tin, stainless steel, brass and copper-aluminum. A two-terminal resistor having a positive temperature coefficient of resistance, which is made of metal. 5. The two-terminal resistor having a positive temperature coefficient of resistance according to any one of claims 1 to 4, wherein the metal arm is reflow-soldered to a main surface using a Pb-Sn-Ag alloy. A two-terminal resistor having a positive temperature coefficient of resistance. 6. 6. A two-terminal resistor having a positive temperature coefficient of resistance according to any one of the preceding claims, wherein each terminal comprises an elongated metal strip subdivided at one edge into a number of mutually parallel vertical strips. A two-terminal resistor having a positive temperature coefficient of resistance, characterized in that each strip is bent out of the plane of the strip at a different longitudinal position to form a metal arm. 7. The two-terminal resistor having a positive temperature coefficient of resistance according to any one of claims 1 to 6, including only two resistive elements, one of which has a higher electrical resistivity and a higher electrical resistivity than the other. A two-terminal resistor having a positive temperature coefficient of resistance, characterized by having both a switching temperature.